一、 设备
1、名称
HJ系列超声冲击设备
2、参数
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参数名称 |
参数值 |
参数名称 |
参数值 |
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换能器类型 |
压电陶瓷 |
冲击枪冷却方式 |
风冷 |
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工作电压 |
220V±10%，50Hz±5％ |
输出功率调整范围 |
50~300W |
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输出功率 |
300W |
输出功率调整步长 |
连续 |
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激励电流 |
0～ |
工作模式 |
负载持续率90％ |
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工作频率 |
20±2KHz |
电源外观尺寸 |
350×200× |
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振幅 |
15~50µm |
电源重量 |
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冲击头施力范围 |
0~90N |
工作温度 |
0 ~+35 ºC |
3、图片
二、 技术概述
根据材料材质和加工参数的不同，超声表面加工处理装置的加工量在0.1μm～1mm的范围内，表面光洁度最佳可达0.02μm，纳米层最深可达100μm以上。
好的表面质量需要小的加工参数；深的纳米层需要大的参数和多次加工，因此加工时需要根据实际情况寻找最佳参数。
所做过的材料如钛合金、各种处理状态的40Cr 、45钢、铝合金等表面均获得理想效果。例如HRC55的调质态40Cr，表面光洁度0.15μm，纳米层深度为60μm左右。
三、 超声表面处理对粗糙度的影响
1、45钢表面粗糙度分析
经超声表面加工处理后，45钢工件表面出现明显变化，如图所示。从图1中可以看到有明显的界线，超声处理后的表面具有光亮的金属光泽。
图1 45钢超声处理前后对比
采用高精度电感式表面粗糙度测定仪对45钢超声表面加工处理前后的试样进行粗糙度测定，结果如表1所示。
表1 45钢表面粗糙度
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45钢 |
粗糙度Ra/μm |
平均值
Ra/μm | ||
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1 |
2 |
3 | ||
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原始样品 |
6.6 |
7.2 |
7.5 |
7.1 |
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超声处理 |
0.18 |
0.20 |
0.20 |
0.19 |
2、40Cr钢表面粗糙度分析
经超声表面加工处理后，40Cr钢工件表面出现明显变化，如图所示。图2中左边部分为超声表面加工处理后的表面，右边部分为抛光表面。
图2 40Cr超声处理前后对比
采用高精度电感式表面粗糙度测定仪对40Cr钢试样进行粗糙度测定，结果如表2所示。
表2 40Cr表面粗糙度
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40Cr |
粗糙度Ra/μm |
平均值
Ra/μm | ||
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1 |
2 |
3 | ||
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磨光样品 |
0.36 |
0.35 |
0.34 |
0.35 |
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超声处理 |
0.085 |
0.12 |
0.09 |
0.098 |
四、 表面显微硬度分析
1、45钢表面硬度分析
用MHV2000显微硬度测量仪对45号钢超声表面加工处理样品沿厚度方向硬度变化进行了测量，所施加载荷为10g，作用时间为10秒。图3为经过超声表面纳米加工装置处理后样品表层硬度沿厚度方向的变化情况。
可以看出：超声加工处理后该样品表面硬度明显增大，且随深度增加表面硬度逐渐减小。与显微组织未发生变化心部（HV230左右）相比，样品表面硬度提高约1倍左右，表面以下200μm深度范围内其硬度均明显得以提高。当随着深度进一步增加，硬度值逐渐趋于稳定。
图3 45钢超声处理后样品表面硬度沿厚度方向的变化
2、40Cr钢表面硬度分析
使用MHV2000显微硬度测量仪对40Cr钢超声表面加工处理样品沿厚度方向硬度变化进行了测量，所施加载荷为10g，作用时间为10秒。图4为经过超声表面纳米加工装置处理后样品表层硬度沿厚度方向的变化情况。
可以看出：超声加工处理后该样品表面硬度明显增大，且随深度增加表面硬度逐渐减小。与显微组织未发生变化心部（HV347左右）相比，样品表面硬度(HV1460左右)提高约3倍，表面以下100μm深度范围内其硬度均明显得以提高。当随着深度进一步增加，硬度值逐渐趋于稳定。
图4 40Cr超声处理后样品表面硬度沿厚度方向的变化